基于减阻与耗散理论的聚合物材料换热器及其传热元件的优化设计理论与实验研究

基本信息
批准号:51376069
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:刘志春
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘伟,杨金国,张晓屿,贾晖,刘佳驹,沈俊,邱子朝,朱世平
关键词:
减阻传热强化优化设计聚合物换热器最小耗散
结项摘要

Polymer materials heat exchanger has many advantages , such as light weight, low price, production and easy installation and high corrosion resistance and resistance to fauling etc,but because of its low thermal conductivity, the total heat transfer performance is not very high, which limit the scope of its application. This project will design the polymer materials heat exchanger from theoretical and experimental aspects, and the main research contents include: 1. Study the fluid flow resistance and heat transfer characteristics in the heat transfer tube with micro structure at its wall, and characterize and model the relation between the micro structure and flow resistance as well as heat transfer;2. Develope the nano coating process on the surface of polymer material, and study its effect on the properties of flow and heat transfer; 3. Using Monte Carlo method to study the thermal transport of the high thermal conductivity filled composite polymer; 4. Using different heat transfer optimization theory constructs the objection function which can characterize simultaneously the flow resistance and heat transfer enhancement, combined with the optimization algorithm, to develop the optimization design theory and method for the design of polymer materials heat exchanger and tube; 5. Establish single pipe flow performance test platform, using PIV to test the flow field structure and distribution in the heat transfer tube under optimization design, and to strengthen the pipe flow and resistance performance research; 6. According to the optimal design results, shell and tube exchanges are designed and manufactured, and the heat transfer and fluid flow resistance performance are conducted.

聚合物材料换热器具有重量轻、价格低、制作安装方便、高抗腐蚀性及抗污垢等优点,但由于其自身的导热系数比较低,致使总传热性能不高,故实际应用受到限制。本项目将理论和实验相结合研制高效聚合物材料换热器,主要研究内容包括:1.对微结构减阻传热管内流体的流动和换热进行研究,揭示其与流体减阻和传热之间的关系;2. 发展聚合物表面纳米涂层的实现工艺,并研究其对流动和传热性能的影响;3.采用Monte Carlo方法研究高导热填充复合聚合物的热量传递规律;4.利用不同的热量传递优化理论构造能同时表征高分子聚合物材料换热管的换热强度和流动性能的目标函数,结合优化算法,发展相应的异型传热管以及换热器整体的优化设计理论和方法;5.建立单管的流动和传热性能实验平台,利用PIV测试优化设计的传热管内的流场结构分布,并对流体流动和传热性能进行实验研究; 6.设计并制作聚合物换热器,对其传热与流动性能进行实验研究。

项目摘要

聚合物材料换热器具有重量轻、价格低、制作安装方便、高抗腐蚀性及抗污垢等优点,但由于其自身的导热系数比较低,致使总传热性能不高,故实际应用受到限制。本项目将理论和实验相结合研制高效聚合物材料换热器,主要研究内容包括:1. 研究了聚合物基复合材料和本征型聚合物材料的导热行为,增强聚合物材料的导热性能,并对聚合物基复合材料的导热性能进行了实验研究;2. 研发了高效扰流元件,分析插入物对流阻和传热效果的影响,并使用PIV对流场进行验证;3. 对构成换热器的主要组成元件进行模拟仿真,并使用优化算法对传热元件进行优化设计,以获得多个优化参数在其可行域内的最佳组合结果;4. 研究了折流板换热器,对壳程参数进行优化,并对双壳程折流杆换热器进行实验研究,提高工业余热利用热交换设备的性能和效率;5.设计制造聚合物换热器,改造现有管壳式换热器实验平台,并展开换热性能实验研究;6.通过使用不同涂层将微通道内壁面改造成超亲水和超疏水表面,采用了Micro-PIV方法测量了梯形微通道内的流动现象,观察功能化表面对梯形微通道内流动特征的影响。本项目研究对于揭示复合高分子材料的热量传输机理以及开展工业应用具有一定的理论和实验指导意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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